用于执行多回波测量序列的方法和磁共振设备的制作方法
【专利摘要】本发明讨论了一种用于执行多回波测量序列的技术，目的是在相继的梯度回波之间预先给定的时间差（515;ΔTE）的情况下优化空间分辨率。梯度脉冲参数（601,603,611,613）是根据在如下两方面之间确定的比例来选择的，一方面是回波时间（511,512）间的预先给定的时间差（515），另一方面是预先给定的最大梯度脉冲幅值（653）和预先给定的最大梯度脉冲变化率（651）的商。
【专利说明】用于执行多回波测量序列的方法和磁共振设备
【技术领域】
[0001] 本发明的不同实施方式涉及一种用于执行多回波测量序列的方法和一种磁共振 设备。尤其，不同的实施方式涉及这样的技术，所述技术能够在相继的梯度回波之间预先给 定的时间差条件下实现提高的空间分辨率，其中，并未超过预先给定的最大梯度脉冲幅值 和预先给定的最大梯度脉冲变化率。
【背景技术】
[0002] 已知磁共振（MR)成像的多回波测量序列，其中，从受检者的不同的解剖层分别以 不同的回波时间采集多个MR图像。由于不同的回波时间，该多个MR图像典型地具有不同 的对比度。具有不同对比度的MR图像可以应用在所谓的化学位移技术中，在所述技术中进 行不同的自旋种类的分离。
[0003] 多回波测量序列通常执行为使得在完全确定和明确限定的回波时间获取MR图 像。回波时间的具体选择例如可以取决于MR图像的所希望的应用。典型应用的一个示例 是脂肪-水分离。典型地，所追求的回波时间与主磁场的强度有关(场强相关的);并且更确 切而言，第一 MR图像的回波时间（TE1)以及相继采集的MR图像的回波时间之间的时间间 隔或时间差（Λ TE)与MR设备的主磁场的强度成反比地减小。
[0004] 典型的主磁场强度例如是1. 5特斯拉或3特斯拉或5特斯拉或7特斯拉。
[0005] 已知不同类型的多回波测量序列。在一个常规的多回波测量序列中，采集所有所 采集的MR回波，即在不同的回波时间采集的，这些回波时间分别作为在用于激励横向磁化 的自身的高频（HF)脉冲（HF激励脉冲）之后的时段。换言之，分别在HF激励脉冲之后的独 立的重复间隔（TR间隔）中采集η个MR回波。因此，这种技术对于本领域技术人员还已知 为η个TR η个回波方法。η个TR η个回波技术例如结合梯度回波的采集而已知。
[0006] MR图像在读取方向（频率编码方向）上的分辨率典型地通过傅里叶像素大小Λ X 来确定。该傅里叶像素大小是视野(英语为"field of view")在读取方向上除以读取点的 数目Nx得到的大小。视野表示检查对象的通过MR图像成像的区域。傅里叶像素大小Λ X 越小，则分辨率越高。傅里叶像素大小与读取梯度的〇阶矩成反比：
[0007] Δ χ=2 π / ( y ΜΟχ)
[0008] 在此，Υ是旋磁比（英语为"Gyromagnetic ratio"）。对于水质子，旋磁比为γ/ (2 π )=42. 576ΜΗζ/Τ。读取梯度的0阶矩是读取梯度的幅值在读取时间中的时间积分，通常 也称作读取梯度的"面积"。如果读取梯度在整个读取时间中恒定，则〇阶矩ΜΟχ是读取梯 度的幅值与读取时间的乘积。
[0009] 在梯度回波成像中，通常在激励和读取梯度之间在读取方向上接通预散相梯度脉 冲（Vorphasier-Gradientenpuls)，其0阶矩在绝对值上等于读取梯度在读取梯度的开始 与回波时刻之间的距。预散相梯度脉冲的方向典型地与读取梯度的方向相反，从而在回波 时刻的总矩恰好消失。回波时间通常是在激励脉冲的中心与回波时刻之间的时间。例如， 回波时间也可以是在自旋回波与回波时刻之间的时间。
[0010] 梯度脉冲的最大幅值和最短上升时间典型地会在技术上和/或生理上受限制，由 此通常在基于梯度回波的η个TR η个回波技术中的最大分辨率通过所需的最短梯度回波 时间ΤΕ1而受限制，然而并不附加地通过相继的梯度回波的最短时间差ΛΤΕ而受限制。然 而，用于执行多回波MR测量序列所需的总持续时间（测量持续时间）比较长。此外，这种技 术通常延长在采集不同的梯度回波之间的时间间隔。这尤其在为了避免呼吸伪影而受检者 屏住呼吸时执行的测量中会引起负面效果。此外，主磁场的时间相关的漂移(例如由于在测 量期间的生理过程或发热)会引起在具有不同的回波时刻的各个MR图像之间的附加的相位 差。MR图像随后的评估由此只能受限地是可能的并且可能的量化分析受累于较大的误差。
[0011] 已知与上面描述的基于η个TR η个回波的测量序列不同的多回波MR测量序列。 例如还已知这样的多回波MR测量序列，其在单个HF激励脉冲之后分别在不同的回波时刻 或回波时间采集多个MR回波。跟随一个HF脉冲采集多个MR回波对于专业人员来说还已 知为每个TR η个回波技术。每个TR η个回波技术具有测量持续时间减小的优点。由于预 先给定的不同的回波时刻，在这种多回波MR测量序列中，典型地最大可实现的空间分辨率 通过第一回波时间TE1和附加地通过在相继的回波之间的时间差ΛΤΕ而受限制。尤其注 意到的是，对于采集MR回波来说可用的时段也通过如下受限，S卩，在时段Λ TE之后已经应 该形成和采集下一回波。
[0012] MR设备的梯度场的最大梯度脉冲幅值和/或最大上升时间和下降时间或变化率 通常在技术上和/或生理上受限制。例如，通常对于采集梯度回波需要的是，首先接通预散 相梯度脉冲并且接下来在读取梯度回波期间接通读取梯度场。因为为此可用的时段典型地 通过预定的不同的回波时刻或在相继的回波时刻之间的时间差受限，所以通常读取梯度的 最大0阶矩ΜΟχ和由此可实现的空间分辨率相应地受限。
【发明内容】
[0013] 因此，需要改进的多回波测量序列。尤其需要这样的技术，其在相继的梯度回波之 间预先给定的时间差条件下提供所获得的MR图像的较高空间分辨率。附加地需要这样的 技术，其不超过预先给定的最大梯度脉冲幅值和最大梯度脉冲变化率，并且具有尽可能小 的测量时间。
[0014] 根据一个方面，本发明涉及一种用于以提高的空间分辨率执行多回波测量序列的 方法。在多回波测量序列中，顺序地以在相继的梯度回波之间预先给定的时间差形成至少 两个梯度回波。在多回波测量序列中，不超过预先给定的最大梯度脉冲幅值和最大梯度脉 冲变化率。该方法包括确定在预先给定的时间差与由预先给定的最大梯度脉冲幅值和预先 给定的最大梯度脉冲变化率形成的商之间的比例。此外，该方法包括应用预散相梯度脉冲。 此外，该方法包括应用第一读取梯度脉冲，其具有包括平顶时间（Niveauzeit)和幅值的第 一读取梯度脉冲参数。该读取梯度脉冲参数是根据所确定的比例选择的。此外，该方法包 括应用第二读取梯度脉冲，其具有包括平顶时间和幅值的第二读取梯度脉冲参数。该第二 读取梯度脉冲参数是根据所确定的比例选择的。
[0015] 读取梯度脉冲典型地是梯形的。平顶时间典型地表示梯度脉冲的平顶(英语为 flattop)，即其中梯度脉冲幅值的变化小或为0的区域。该区域也可以称作梯度脉冲的平 台。
[0016] 在读取方向上可以将预相位梯度脉冲的矩选择为使得其在第一梯度回波的所希 望的回波时刻尽可能精确地补偿从第一读取梯度脉冲获得的矩。
[0017] 典型地，仅在平顶时间中采集MR数据。因为所读取的MR信号或所采集的MR数据 通常以恒定的停留时间（其在此表示在相继的读取点之间的时间）数字化，所以在这种情况 下在kx坐标(在k空间中的kx方向）和读取点的读取时间之间存在线性关联。由此，可以 将所读取的MR信号通常直接地、即没有其它插值(所谓的Regridding (再格栅化)）地以快 速傅里叶变换从k空间变换到图像空间或混合空间中。在所谓的斜坡扫描(英语为"ramp sampling"）中，附加地在读取梯度脉冲的斜坡期间采集MR数据。为了在有或没有斜坡扫 描的情况下实现相同的分辨率，应该典型地在读取期间扫过k空间中相同的路径。如果例 如在读取梯度脉冲的整个斜坡期间采集MR数据，则值得追求的可以是，整个读取梯度脉冲 的〇阶矩仅等于平顶的〇阶矩，而并未选择斜坡扫描，在梯度系统的所给定的技术效率条件 下，于是可以以斜坡扫描与在没有斜坡扫描的实施方式中相比在更短时间中实现所希望的 分辨率。相应地可以在给定的时间差条件下实现更高的分辨率。
[0018] 斜坡扫描对于本领域技术人员例如从K-P. Hwang等所著的"Ramp sampling strategies for high resolution single-pass Dixon imaging at3T ''，in Proc. Inti. Soc. Mag. Reson. Med. 15 (2010) 1044中关于双回波3D梯度回波序列已知。
[0019] 借助斜坡扫描可以实现在读取方向上提高的分辨率。然而仍存在原理上的问题， 艮P，在读取方向上的分辨率通过在相继的回波时间之间的时间差而受限制。
[0020] 在相继的回波时间之间的时间差典型地通过回波时间来预先给定。回波时间典型 地又通过MR成像的所希望的应用、例如脂肪-水分离而预先给定。在此，最大梯度脉冲幅 值通常是相应的MR设备的梯度系统的关键数并且可能例如在技术上受限。预先给定的最 大梯度脉冲幅值通常小于梯度系统的技术上最大可能的变化率，以便避免对受检者的外围 神经刺激。
[0021] 首先可以确定在预先给定的时间差与从预先给定的最大梯度脉冲幅值和预先给 定的最大梯度脉冲变化率得出的商之间的比例。通过确定该比例可以分别将梯度脉冲的梯 度形状选择为使得读取方向上的分辨率优选在所给定的边界条件下被最大化。读取梯度在 读取时间中的0阶矩直接与在k空间中遍历的路径成比例。
[0022] 所述比例可以对于如下状况是特征性的，在该状况中，梯度形状将在读取梯度的 平顶下面的面积在不同的边界条件下最大化，并且由此实现最大分辨率。由于预先给出的 时间差和有限的梯度脉冲变化率，不必在最大梯度幅值条件下，而是根据确定的比例还在 其它值的条件下，即可获得最大面积。
[0023] 这种考虑原则上可以在不同的多回波测量序列条件下应用，例如在双极性多回波 测量序列条件下，其中，相继的读取梯度脉冲具有梯度脉冲幅值的相反符号。
[0024] 在所谓的单极性多回波测量序列情况下相继的读取梯度具有相同符号。该方法还 在第一和第二读取梯度脉冲之间包括：应用回扫梯度脉冲，其具有包括回扫平顶时间和回 扫幅值的回扫梯度脉冲参数。回扫梯度脉冲参数可以根据所确定的比例来选择。
[0025] 回扫梯度脉冲于是可以合适地操纵横向磁化的相位，从而在使用第二读取梯度脉 冲期间形成梯度回波之一。回扫梯度脉冲于是可以具有这样的任务，即，尽可能精确地补偿 相位，该相位是自旋在第一梯度回波之后和在第二梯度回波之前由于两个读取梯度脉冲而 获得的。回扫梯度脉冲于是典型地具有与预散相梯度脉冲相同的符号以及与两个读取梯度 脉冲相反的符号。
[0026] 双极性读取方案的使用典型地比单极性读取方案的使用更为时间有效。然而单极 性读取方案可以具有其它优点。例如，具有不同谐振频率的自旋种类在相继的对比度中沿 相同方向推移。而在双极性读取方案中，推移方向却是彼此相反的，这会导致在后处理方 法、如Dixon中的困难。
[0027] 可能的是，将第一读取梯度脉冲参数与第二读取梯度脉冲参数相同地选择。于是， 幅值和平顶时间或者读取时间间隔可以等大或等长。还可能的是，第一读取梯度脉冲关于 第一梯度回波对称，并且第二读取梯度脉冲关于第二梯度回波对称。
[0028] 换言之，于是第一和第二读取梯度脉冲的梯度形状可以是相当的。这可以实现也 比较有效的、特别简单的多回波处理序列。
[0029] 如果在所确定的比例中，所述商小于时间差的预定的分数A，则可以将幅值和回扫 幅值选择为等于最大梯度脉冲幅值。例如，在不同的实施方式中该分数A可以为1/12。
[0030] 这样于是可以限定所确定的比例的状况，其特征在于，不仅将读取梯度脉冲的幅 值，而且将回扫幅值选择为等于最大梯度脉冲幅值。
[0031] 如果在所确定的比例中，所述商小于时间差的预定的分数B，则可以将幅值和回扫 幅值选择为小于最大梯度脉冲幅值。
[0032] 例如，该分数B可以为2/9。幅值可以选择为等于最大变化率与时间差的乘积的系 数C。回扫幅值可以选择为是幅值的两倍大。例如，系数C可以为1/9。
[0033] 这样于是可以限定所确定的比例的另一状况，其特征在于，不仅将读取梯度脉冲 的幅值，而且将回扫幅值选择为小于最大梯度脉冲幅值。
[0034] 如果在所确定的比例中，所述商小于分数B并且大于分数A，则可以将幅值选择为 小于最大梯度脉冲幅值，并且将回扫幅值选择为等于最大梯度脉冲幅值。例如，可以将幅值 选择为等于最大梯度脉冲幅值的分数E，其中，E为（x+1)/2,其中，X是等式
[0035]
【权利要求】
1. 一种用于以提高的空间分辨率执行多回波测量序列的方法，其中，以在相继的梯度 回波之间预先给定的时间差（515; ΛΤΕ)顺序地形成至少两个梯度回波，并且其中，不超过 预先给定的最大梯度脉冲幅值（653)和预先给定的最大梯度脉冲变化率（651 )， 所述方法包括： _确定在 a) 所述预先给定的时间差（515; Λ TE)，以及 b) 由所述预先给定的最大梯度脉冲幅值（653)和所述预先给定的最大梯度脉冲变化率 (651)形成的商， 之间的比例， _应用预散相梯度脉冲（403-1)， -应用第一读取梯度脉冲（403-2)，其具有包括平顶时间（602)和幅值（603)的第一读 取梯度脉冲参数（602, 603)， 其中，所述读取梯度脉冲参数（602, 603)是根据所确定的比例来选择的， -应用第二读取梯度脉冲（404-2)，其具有包括平顶时间（602)和幅值（603)的第二读 取梯度脉冲参数（602, 603)， 其中，所述第二读取梯度脉冲参数（602, 603)是根据所确定的比例来选择的。
2. 根据权利要求1所述的方法， 其中，所述多回波测量序列是单极性的梯度回波测量序列， 其中，所述方法还包括： -在第一和第二读取梯度脉冲（403-2,404-2)之间，应用回扫梯度脉冲（404-1 )，其具 有包括回扫平顶时间和回扫幅值（613)的回扫梯度脉冲参数（613)， 其中，所述回扫梯度脉冲参数（613)是根据所确定的比例来选择的。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一读取梯度脉冲参数（602, 603)与所 述第二读取梯度脉冲参数（602, 603)相同。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其中，如果在所确定的比例中所述商小于所述时间 差（515; Λ TE)的预先限定的分数A，则将所述幅值（603 )和所述回扫幅值（613 )选择为与 所述最大梯度脉冲幅值（653 )相同。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述分数Α为1/12。
6. 根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，如果在所确定的比例中所述商大 于所述时间差（515; Λ TE )的预先限定的分数B，则将所述幅值（603 )和所述回扫幅值（613 ) 选择为小于所述最大梯度脉冲幅值（653 )。
7. 根据权利要求6所述的方法， 其中，所述分数Β为2/9， 其中，将所述幅值（603)选择为等于最大变化率（651)与时间差（515; ΛΤΕ)的乘积的 系数C， 并且其中，优选将所述回扫幅值（613)选择为是所述幅值（603)的两倍。
8. 根据权利要求4和6所述的方法，其中，如果在所确定的比例中所述商小于所述分数 Β而大于所述分数Α，则将所述幅值（603)选择为小于所述最大梯度脉冲幅值（653)，并且将 所述回扫幅值（613)选择为等于所述最大梯度脉冲幅值（653)。
9. 根据权利要求8所述的方法， 其中，将所述幅值（603)选择为等于所述最大梯度脉冲幅值（563)的分数E， 其中，E 为（x+l)/2， S ΔΤΕ 其中，X是等式(X + 2) (X + 3)2 = -的解， ^max 其中，Smax是所述最大梯度脉冲变化率（651)， 其中，Gmax是所述最大梯度脉冲幅值（653)。
10. 根据上述权利要求中任一项所述的方法， 其中，在考虑所述最大梯度脉冲变化率（651)的条件下最小地选择所述第一读取梯度 脉冲（403-2)和/或所述第二读取梯度脉冲（404-2)的斜坡时间（601)。
11. 一种磁共振设备（100)，其构建为以提高的空间分辨率执行多回波测量序列，其 中，以在相继的梯度回波之间预先给定的时间差（515; ΛΤΕ)顺序地形成至少两个梯度回 波，并且其中，不超过预先给定的最大梯度脉冲幅值（653)和预先给定的最大梯度脉冲变化 率（651)， 其中，所述磁共振设备（100)包括计算单元（160)，该计算单元构建为确定在 a) 所述预先给定的时间差（515; Λ TE)，以及 b) 由所述预先给定的最大梯度脉冲幅值（653)和所述预先给定的最大梯度脉冲变化率 (651)形成的商， 之间的比例， 其中，所述磁共振设备（100)还包括梯度系统（140)，其构建为执行如下步骤： -应用预散相梯度脉冲， -应用第一读取梯度脉冲（403-2 )，其具有包括平顶时间（602 )和幅值（603 )的第一读 取梯度脉冲参数（602, 603)， 其中，所述读取梯度脉冲参数（602, 603)是根据所确定的比例来选择的， -应用第二读取梯度脉冲（403-2)，其具有包括平顶时间（602)和幅值（603)的第二读 取梯度脉冲参数（602, 603)， 其中，所述第二读取梯度脉冲参数（602, 603)是根据所确定的比例来选择的。
12. 根据权利要求11所述的磁共振设备（100)，其中，所述磁共振设备（100)还构建为 执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
【文档编号】G01R33/561GK104101852SQ201410128849
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2013年4月5日
【发明者】A.施泰默尔 申请人:西门子公司